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1、化工原理复习优质文档第一章：流体流动1、何谓理想流体？实际流体与理想流体有何区别？如何体现在伯努利方程上？2、何谓绝对压力、表压和真空度？表压与绝对压力、大气压力之间有什么关系？真空度与绝对压力、大气压力有什么关系？3、流体静力学方程式有几种表达形式/他们都能说明什么问题？应用静力学方程分析问题时如何确定等压面？4、如何利用柏努利方程测量等直径管的机械能损失？测量什么量？如何计算？在机械能损失时，直管水平安装与垂直安装所得测结果是否相同？5、如何判断管路系统中流体流动的方向？6、何谓流体的层流流动与湍流流动？如何判断流体的流动是层流还是湍流？7、一定质量流量的水在一定内径的圆管中稳定流动，当水

2、温升高时，Re将如何变化？8、何谓牛顿粘性定律？流体粘性的本质是什么？9、何谓层流底层？其厚度与哪些因素有关？10、摩擦系数与雷诺数Re及相对粗糙度/d的关联图分为4个区域。每个区域中，与哪些因素有关？哪个区域的流体摩擦损失hf与流速u的一次方成正比？哪个区域的hf与u2成正比？光滑管流动时的摩擦损失hf与u的几次方成正比？11、管壁粗糙度对湍流流动时的摩擦阻力损失有何影响？何谓流体的光滑管流动？12、在用皮托测速管测量管内流体的平均流速时，需要测量管中哪一点的流体流速，然后如何计算平均流速？H1HDR1m1CEFBA10mn11-1附图例1-1 如本题附图所示，用开口液柱压差计测量敞口贮槽中

3、油品排放量。已知贮槽直径D为3m，油品密度为900kg/m3。压差计右侧水银面上灌有槽内的油品，其高度为h1。已测得当压差计上指示剂读数为R1时，贮槽内油面与左侧水银面间的垂直距离为H1。试计算当右侧支管内油面向下移动30mm后，贮槽中排放出油品的质量。解：本题只要求出压差计油面向下移动30mm时，贮槽内油面相应下移的高度，即可求出排放量。首先应了解槽内液面下降后压差计中指示剂读数的变化情况，然后再寻求压差计中油面下移高度与槽内油面下移高度间的关系。设压差计中油面下移h高度，槽内油面相应下移H高度。不管槽内油面如何变化，压差计右侧支管中油品及整个管内水银体积没有变化。故当压差计中油面下移h后，

4、油柱高度没有变化，仍为h1，但因右侧水银面也随之下移h，而左侧水银面必上升h，故压差计中指示剂读数变为（R-2h），槽内液面与左侧水银面间的垂直距离变为（H1-H-h）。当压差计中油面下移h后，选左侧支管油与水银交界面为参考面m，再在右侧支管上找出等压面n（图中未画出m及n面），该两面上的表压强分别为： （为油品密度） 因，由上二式得： = （1）上式中第一项 （2）将式（2）代入（1），并整理得： 取，将已知值代入上式：即压差计右侧支管油面下移30mm，槽内液面下降0.8767m，油品排放量为： 例1-2 阻力损失与势能的消耗 高位槽水面距管路出口的垂直距离保持为5m不变，水面上方的压强为4

5、.095104Pa（表压），管路直径为20mm，长度为24m（包括管件的当量长度），阻力系数为0.02，管路中装球心阀一个，试求：（1）当阀门全开（）时，管路的阻力损失为多少？阻力损失为出口动能的多少倍？（2）假定数值不变，当阀门关小（）时，管路的出口动能和阻力损失有何变化？解：（1）在断面1-1和2-2之间列机械能衡算式解：（1）在断面1-1和2-2之间列机械能衡算式11P0 5m 1-4附图22 若取大气压强和管出口高度为基准，并忽略容器内的流速（即），则 或 （倍）此结果表明，实际流体在管内流动时，阻力损失和动能的增加是造成流体势能减少的两个原因。但对于通常管路，动能增加是一个可以忽略的

6、小量，而阻力损失是使势能减小的主要原因。换言之，阻力损失所消耗的能量是由势能提供的。（2）当时 与（1）比较，当阀门关小时，出口动能减少而阻力损失略有增加，但是，绝不可因此而误解为阻力所消耗的能量是由动能提供的。实际上，动能的增加和阻力损失皆由势能提供，当阀门关小时，由于损失的能量增加使得动能减少了。例1-3 虹吸管顶部的最大安装高度利用虹吸管将池中温度为90热水引出，两容器水面的垂直距离为2m，管段AB长5m，管段BC长10m（皆包括局部阻力的当量长度），管路直径为20mm，直管阻力系数为0.02。若要保证管路不发生汽化现象，管路顶点的最大安装高度为多少？（已知90热水饱和蒸汽压为7.011

7、04Pa）解：在断面1-1和2-2之间列机械能横算式，可求得管内流速BB11设顶点压强，在断面1-1和断面B-BA之间列机械能横算式，可求出B点最大安装高22度为1-5附图C 虹吸管是实际工作中经常碰到的管道，为使吸液管正常工作，安装时必须注意两点：（1）虹吸管顶部的安装高度不宜过大；（2）在入口侧管路（图中AB段）的阻力应尽可能小。例1-4 使用同一水源各用户间的相互影响5m总 管ABC1122D1-4附图从自来水总管引一支路AB向居民楼供水，在端点B分成两路各通向一楼和二楼。已知管段AB、BC和BD的长度（包括管件的当量长度）各为100m、10m和20m，管径皆为30mm，直管阻力系数皆为

8、0.03，两支路出口各安装 球心阀。假设总管压力为3.43105Pa（表压）试求：（1）当一楼阀门全开（），高度为5m的二楼能否有水供应？此时管路AB内的流量为多少？（2）若将一楼阀门关小，使其流量减半，二楼最大流量为多少？解：（1）首先判断二楼是否有水供应，为此，可假定支路BD流量为零，并在断面A和1-1之间列机械能横算式 在断面A与B之间列机械能横算式，得5此结果表明二楼无水供应。此时管路AB内的流量为 （2）设一楼流量减半时，二楼流量为此时管段AB内的流速为 管段BD内的流速为 在断面A与2-2之间列机械能横算式 + 对于通常的分支管路，总管阻力既不可忽略也不占主导地位，此时，改变支路的

9、数目或阻力，对总流量及各支路间流量的分配皆有影响。例1-5 提高流量分配均匀性的代价在相同的容器1、2内，各填充高度为1m和8m的固体颗粒，并以相同的管路并联组合，两支路的管长皆为5m，管径皆为200mm，直管阻力系数为0.02，每支管安装一闸门阀，容器1和2的局部阻力系数各为10和8。已知管路的总流量为0.3m3/s，试求：1-5 附图DCAB12（1）当两阀门全开时，两支路的流量比和并联管路的阻力损失。（2）当两阀门同时关小至时，两支路的流量比及并联管路的阻力损失有何变化？解：由物料守恒关系求得 （1）因并联管路阻力损失相等，有机械能横算式得 （1）当两阀门全开 （2）由式（1）、式（2）

10、得 并联管路的阻力损失为 （2）当两阀门同时关小 （3） 由式（1）、式（3）得 并联管路的阻力损失为 从此例可以看出，在不均匀并联管路中串联大阻力元件，可提高流量分配的均匀性，其代价仍然是能量的消耗。例1-6 倒U形管压差计R21 水从倾斜直管中流过，在断面A和B之间接一空气压差计，其读数R=10mm，两测压点垂直距离，试求：hB （1）A、B两点的压差等于多少？hAB （2）若采用密度为830kg/m3的煤油HzBA作指示液，压差计读数为多少？zA （3）管路水平放置而流量不变，压差1-6附图z=0计读数及两点的压差有何变化？解：首先推倒计算公式。因空气是静止的，故即 在等式两边皆加以 （

11、1）若忽略空气柱的重量，则 (2) 若采用煤油作指示液，压差计读数为 （3） 若管路流量不变，不变，则压差计读数R亦不变。又因管路水平放置，故 普通U形管压差计所用的指示液的密度大于被测流体的密度，若指示液的密度小于被测流体的密度，则必须采用倒U形管压差计。最常用的倒U形管压差计是以空气作为指示剂，称为空气压差计。例1-7 管内流量与所需势能差的关系 （1）用压缩空气将密闭容器中的苯沿直径为50mm的钢管送至某容器内，在某势能差下，10分钟可将容器内1.8m3的苯排空。问欲将输送时间缩短一半，管路两端的势能差须增加多少倍？（已知苯的温度为20，管壁粗糙度为0.5mm）。 （2）用压缩空气将容器

12、中的甘油沿直径为10mm的管道送至高位槽，甘油温度为60，管内流量为0.0510-3m3/s。若将流量提高一倍，管道两端的势能差须增加多少倍？解：（1）温度为20时苯的密度，粘度，管内流速为 则 由直管阻力系数线图可以确认管内流动已进入充分湍流区。输送时间减半，流速增加一倍，直管阻力系数不变，故（倍）（2）温度为60时的甘油的密度，粘度，管内流速为 则 流量增加一倍，流速增加一倍，但流动形态仍为层流，故 （倍）显然，在层流条件下，所需势能差与管内流速（或流量）成正比；而在湍流条件下，所需势能与流速（或流量）的平方成正比。例1-8 无外加功简单输送管路计算问题的自由度11 在附图所示的管路中，管

13、长，管径，AH管壁粗糙度，高位槽液面距管路出口的垂2直距离H=4m，管路中有一个标准直角弯头，一个1/2CB开的闸门阀。已知水温为20，管内流速为0.5m/s，1-8附图高位槽液面上方压强为大气压，求流体在该管路中的阻力损失为多少？解：方法一：20水的粘度 查得 方法二：若取管路出口高度及大气压为基准，槽内每千克水的总机械能为 此能量除极小部分转化为动能外，其余皆损失掉，即 显然，两种方法所求出的结果是矛盾的。对于无外加功简单输送管路的计算问题，只有以下三式可用： 物料衡算式 机械能衡算式 直管阻力系数计算式 三个方程只能联立求解三个未知数，其余变量必须给定。若给定独立变量数目少于方程式组的自

14、由度（即方程式组所含变量数与方程式之差），问题无确定解；若给定独立变量数多于方程式自由度，必导致相互矛盾的计算结果。本例即属于后一种情况。按题目给定管路情况，管内流速必不为0.5m/s，而由管路自身决定，应为1.95 m/s（参见例1-11）例1-9 在一定势能差下管路输送能力的计算 在例1-10所示管路中输送温度为20的水，闸门阀1/2开（），管内流量为多少？若将阀门全开（），管内流量为多少？解：当阀门1/2开时，假设管内流动已进入充分湍流区，由查得在断面1-1和2-2之间列机械能衡算式（参见例1-10附图），可得 管内雷诺数为 根据阻力系数线图，由Re和可知管内流动已进入充分湍流区，以上计算结果有效。此时管内流量为 当阀门全开时，流速增加，管内流动必处于充分湍流区，管内流速为 管内流量为 本例管路情况已知，属操作型为体，须联立求解关于简单输送管路方程式组。由于阻力系数计算式一个非常复杂的非线性函数关系式，当管内流量与流速为待求变量时，必须用试差法或迭代法来计算。手算时，可按以下步骤进行试差：（1） 假定管内流动已进入充分湍流区，由查出；（2） 根据值，由机械能衡算式计算流速；（3） 据此值算出Re，由Re和查出